趙紅梅，包保全，陳建平，張屏

內(nèi)蒙古醫(yī)科大學藥學院(呼和浩特010110)

淺談醫(yī)藥院?；瘜W虛擬實驗教學平臺建設(shè)

趙紅梅，包保全，陳建平，張屏*

內(nèi)蒙古醫(yī)科大學藥學院(呼和浩特010110)

虛擬實驗作為信息時代的產(chǎn)物，隨著網(wǎng)絡和信息技術(shù)的飛速發(fā)展也得到了廣泛應用。虛擬實驗教學以其減少實驗成本，突破時空限制，降低實驗風險，激發(fā)學生學習興趣等優(yōu)點為實驗教學發(fā)揮了積極的推動作用。本文以醫(yī)藥院校為例，對虛擬實驗教學的概念、理論基礎(chǔ)、必要性進行了總結(jié)和闡述，并分析了虛擬實驗教學建設(shè)中的注意事項，以期做到現(xiàn)實實驗和虛擬實驗相互結(jié)合，提高實驗教學效果。

虛擬實驗;醫(yī)藥院校;實驗教學

實驗是化學理論學科的基礎(chǔ)，也是自然科學發(fā)現(xiàn)、解決問題的重要方法之一。

隨著醫(yī)藥技術(shù)、臨床實踐的不斷更新，化學實驗不但承擔著培養(yǎng)和提高醫(yī)藥學生動手能力的基本技能，對于激發(fā)學生的創(chuàng)新能力也起到了非常重要的作用。隨著高校不斷的擴招，政府各級部門和高校都比較重視實驗教學的質(zhì)量。隨著網(wǎng)絡和信息技術(shù)的飛速發(fā)展與普遍應用，虛擬實驗作為信息時代的產(chǎn)物應運而生。虛擬實驗教學為各大高校提供了全新的能夠獲得各種實踐機會的輔助性實驗教學平臺。虛擬實驗教學不僅能夠突破實驗教學在空間上和時間上的限制給學生提供方便的實驗條件，還能夠在節(jié)約實驗成本的同時調(diào)動學生學習實驗的積極性，對培養(yǎng)學生的動手能力和造就創(chuàng)新型人才起到至關(guān)重要的作用。成為提高少數(shù)民族實驗教學的一個有效途徑。

1 虛擬實驗教學概述

1989年美國弗吉尼亞大學(University of Virginia)威廉·沃爾夫(William Wolf)教授提出虛擬實驗室概念［1］。之后各個領(lǐng)域的研究者從不同角度對虛擬實驗給出了相應的定義，教育領(lǐng)域也是如此。

虛擬實驗是指用計算機作為載體，借助于多媒體、虛擬現(xiàn)實和仿真等技術(shù)，通過計算機軟件和硬件實現(xiàn)的仿真實驗。網(wǎng)絡教育的普及，促進了虛擬實驗的形成和逐漸發(fā)展。在計算機上通過營造可輔助、部分替代或者全部替代傳統(tǒng)實驗操作環(huán)境，使實驗的結(jié)果能夠正確表征操作對象的特征，像是在真實的環(huán)境中實驗者完成各項實驗項目一樣。虛擬實驗由于能反向控制實驗儀器和實驗對象中的信號輸出，實驗結(jié)果不僅具有針對性，能更明確的認識實驗對象，其效果更優(yōu)于在真實的實驗中所取得的結(jié)果［2］。由于虛擬實驗具有突出的優(yōu)點和強大的功能，因此在各大高校的實驗教學中應用比較廣泛［3］。

2 虛擬實驗教學的優(yōu)勢

虛擬實驗教學是一種依據(jù)教學目標設(shè)計的展現(xiàn)特定教學內(nèi)容的教學平臺，并以虛擬實驗為主要內(nèi)容，綜合各種電子資源的教學系統(tǒng)，能夠反應一定的教學策略。高校虛擬實驗教學的發(fā)展方向是具有交互性和開放性的虛擬實驗教學平臺。為解決教育資源短缺，提高實驗教學質(zhì)量提供了有效的方法［4］。

2.1 激發(fā)學生的學習興趣

虛擬實驗室是將音頻、圖像、動畫和視頻有機的融合在一起，模擬逼真的實驗場景。因此學生會完全沉浸在其中無法與真實的實驗室分開而成為實驗的參與者，而非旁觀者。通過鍵盤和鼠標下達不同的實驗指令，同時接受反饋信息，達到人機交互的境界。就像游戲的操作程序一樣通過營造一種輕松、愉快、生動活潑的教學氛圍來吸引學生參與實驗，激發(fā)學生學習興趣，大大調(diào)動學生的積極性。

2.2 降低實驗成本，充分發(fā)揮時間和空間的有效性

在虛擬實驗教學中，實驗通過網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)，因此實驗具有很好的開放性，實驗資源可以達到共享。以實驗者為中心，根據(jù)自己的學習時間，可以隨時地進入實驗，安排自己的學習進度，根據(jù)自己的需求研究自己難理解的部分。例如藥物合成實驗的特殊性，完成完整的一個合成實驗需要數(shù)天，實驗者可以根據(jù)自己的理解程度只完成其中關(guān)鍵的步驟，從而提高實驗課的效率。

虛擬實驗教學是利用軟件模擬仿真實驗進行的操作過程，對于某些比較昂貴的設(shè)備或者具有危險性的儀器不可能在真實的情況下讓學生操作的實驗，可以讓學生進行虛擬實驗。不僅保證學生參與實驗和做實驗的安全性，同時大量的節(jié)省了實驗經(jīng)費。

2.3 避免真實實驗操作所帶來的風險

以前對于人體健康有危害的實驗或有危險的實驗，一般都采用視頻或者示教的方法來避免風險。例如:有機合成實驗中不可避免的涉及腐蝕性的物質(zhì)，直接接觸皮膚可產(chǎn)生毒性。學生對一些儀器操作不熟練、注意力不集中、容易損壞儀器，導致失誤經(jīng)常發(fā)生。利用虛擬實驗技術(shù)進行虛擬實驗教學，可以避免這種顧慮。在虛擬實驗環(huán)境中，可以去做各種具有危險性的或者具有危害人體的實驗。而且，采用虛擬實驗教學，也可以降低真實實驗中產(chǎn)生的大量廢棄試劑以及對環(huán)境造成的污染［5］。

3 虛擬實驗教學的必要性

3.1 為學生預習和復習實驗提供平臺

醫(yī)藥院校的化學實驗步驟有的比較復雜，涉及的知識點較多，這就需要學生提前預習實驗來了解實驗原理和掌握實驗操作的步驟。傳統(tǒng)的授課方式是通過老師精解講義以及說明書的方式進行預習，但是有的學科內(nèi)容比較晦澀難懂，需要老師的再三解釋。虛擬實驗則可以讓學生在上課之前隨時進入虛擬實驗室，預習和復習實驗課內(nèi)容，通過查閱電子資源庫和相關(guān)的實驗資料，瀏覽圖文并茂的實驗圖片和重復觀看實驗過程的視頻等相關(guān)資料，為下一步進入實際實驗室的具體操作奠定良好的基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)的實驗完成后，由于受客觀條件的限制，其再現(xiàn)性比較差，從而導致實驗過程中的疑難點得不到很好的驗證。虛擬實驗則可以讓學生進行多次的模擬重復實驗，這樣不僅有利于掌握在實際操作過程中容易被忽略的細節(jié)和注意事項，而且加深了對實驗目的的感性認識，對實驗原理的深入理解［6］。

3.2 提供學生設(shè)計實驗的機會

在傳統(tǒng)實驗過程中產(chǎn)生的疑惑，可以在虛擬實驗中通過微調(diào)實驗條件或者改變整體設(shè)計思路來探索實驗結(jié)論。因為在整個實驗流程中，學生最關(guān)注的是實驗設(shè)計思路。在此基礎(chǔ)上，還可以讓學生設(shè)計一些超出常規(guī)的，個性化的實驗方案，進行研究性的學習，讓不同能力層次的學生都能發(fā)揮自己設(shè)計實驗的能力，這更有助于培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和思維能力。

4 虛擬實驗教學平臺建設(shè)

虛擬實驗教學平臺是為開展虛擬實驗教學而建立的網(wǎng)絡環(huán)境。虛擬實驗教學平臺以計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，并且最好建立在校園網(wǎng)絡上。虛擬實驗教學平臺的主要目的是為了服務教師的教學和學生的實驗操作。因此以快捷方式登錄時，可分為教師入口和學生入口，也就是分為教師平臺和學生平臺兩個操作界面。將平臺分為三層構(gòu)架即客戶層、數(shù)據(jù)層和應用服務層［7-9］?？蛻魧又话蛻舳耍蛻舳耸腔赪indows的操作系統(tǒng)，其界面表現(xiàn)形式分為兩類:一類是網(wǎng)頁，用于設(shè)置和修改參數(shù)，另一類是Activex控件，可以遠程操作儀器和觀看實驗結(jié)果，還可以從服務器下載在實驗操作過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和曲線信息等。應用服務層包括應用程序服務器，實驗機和Web服務器。應用程序服務器是客戶端，實驗機和數(shù)據(jù)庫服務器的樞紐［10］。在設(shè)置實驗參數(shù)或初始化實驗時，應用程序服務器將設(shè)置的參數(shù)從數(shù)據(jù)庫服務器中讀出并送入實驗機中，這樣就形成了一個系統(tǒng)的反饋。

4.1 學生實驗平臺

學生實驗平臺的服務對象是學生，是學生進行虛擬實驗的主要模塊。該模塊主要包括實驗演示，實驗選擇，實驗素材庫，虛擬實驗庫，實驗報告，在線測試題，成績查詢以及在線咨詢和留言系統(tǒng)等。學生只需要通過平臺登錄學生客戶端，即可進行虛擬實驗教學，學生可以在虛擬實驗室內(nèi)選擇自己準備操作的實驗，先觀看實驗操作過程的多媒體演示文稿，之后進入虛擬實驗庫進行在線模擬實驗。在整個系統(tǒng)設(shè)計的過程中，本著以人為本的設(shè)計理念，界面的結(jié)構(gòu)和設(shè)計安排，網(wǎng)頁的操作和內(nèi)容的連接之間都從學生角度出發(fā)，并且在實驗操作的不同階段給出激勵性的話語或者提示性的意見，在幫助學生順利完成實驗的同時，又提高了學生做實驗的積極性。

4.2 教師實驗平臺

教師實驗平臺主要是管理模塊，即教師不管在哪個界面都可以查看學生的實驗情況，回答學生的問題以及批閱實驗報告。它的功能主要有:設(shè)置實驗項目，整理實驗報告，更改實驗內(nèi)容，批改實驗報告，整理留言板等項目。在實驗過程中，學生可能會遇到一些問題，這些問題可以通過留言版向老師提問，教師也可以通過留言版回答學生的問題。教師在批改實驗報告時，要對學生的實驗操作過程、結(jié)論和實驗報告進行打分。若為考查性實驗課，則可以不用打分。教師在整理實驗報告時，可以把一些優(yōu)秀的實驗報告留存下來進行展示，刪除一些歷史的實驗報告來釋放空間。

5 虛擬實驗教學平臺開發(fā)的注意事項

5.1 注意與真實實驗相結(jié)合

經(jīng)過對大部分學生的調(diào)查［11］，學生還是比較喜歡實際的實驗操作。在虛擬實驗中應用鼠標和鍵盤來完成實驗，還是缺乏操作實物的手感。雖然虛擬實驗教學系統(tǒng)已經(jīng)開發(fā)的比較完善，但還是不能全面反映真實實驗中的復雜情況，例如一旦在真實實驗中出現(xiàn)實驗試劑不合格而導致的實驗結(jié)果異常，由于虛擬實驗已經(jīng)固化了實驗教學內(nèi)容，因此發(fā)現(xiàn)這種情況會讓學生不知所措。所以，教師要準確的定位虛擬實驗在整個實驗教學中的位置，讓虛擬實驗發(fā)揮其特殊的作用。例如:一是模擬一些真實實驗操作不便的、危險的、過程復雜的實驗，有助于學生對知識的理解。二是可以利用計算機描述微觀的物質(zhì)世界，有助于提高學生認識微觀世界的本質(zhì)，改變認知結(jié)構(gòu)。因此，必須合理的均衡真實的實驗與虛擬實驗，將知識真正做到融會貫通［12］。

5.2 結(jié)合一線教師開發(fā)虛擬實驗教學平臺

虛擬實驗教學平臺的目的是為了彌補真實實驗的不足，提高學生的認知結(jié)構(gòu)和動手能力。因此在開發(fā)虛擬實驗教學平臺時，開發(fā)者和開發(fā)公司應聯(lián)合一線的實驗教學經(jīng)驗豐富的教師參與軟件的調(diào)試與腳本的編寫，同時教育技術(shù)水平的能力也是一線教師需要提高的，這樣可以使自己與系統(tǒng)開發(fā)者暢通的交流，使得虛擬實驗教學平臺能更好地被教師所利用。

［1］郭桂蘋，南岳松．虛擬實驗教學研究現(xiàn)狀及問題分析［J］．實驗室科學，2010，13(5):175-178.

［2］盧苗．虛擬實驗在教學中的應用限度研究［J］．The Chinese Journal of ICT in Education，2014(12):79-80.

［3］單芳，劉雨娟，李宏民．虛擬實驗在機能學實驗教學中的應用體會［J］．醫(yī)學教育，2005，19(3):357-358.

［4］曹穎瑛，張俊平，厲建中，等．生物技術(shù)藥物虛擬實驗室建設(shè)的思考［J］．基礎(chǔ)醫(yī)學教育，2014，16(4): 284-286.

［5］郭麗娟，曾明，蔣銀燕．淺談虛擬實驗室在醫(yī)學院校實驗教學中的應用［J］．科協(xié)論壇，2011(1):177.

［6］張明昊，李玉潔，孫曙光，等．關(guān)于新型醫(yī)學機能實驗教學平臺建設(shè)的思考［J］．醫(yī)藥教育，2015，12(2): 113-116.

［7］陳友東．基于WEB三層結(jié)構(gòu)的文檔管理系統(tǒng)設(shè)計［J］．福建電腦，2004(1):72-73.

［8］徐明，采振祥．WEB程序設(shè)計網(wǎng)上實驗系統(tǒng)的實現(xiàn)與應用［J］．實驗技術(shù)與管理，2006，23(8):69-71.

［9］徐建東，況麗霞，魯保富．計算機網(wǎng)絡技術(shù)實驗教學探索與實踐［J］．實驗技術(shù)與管理，2004，24(4):227-231.

［10］段中興，嵇啟春．網(wǎng)上虛擬實驗教學系統(tǒng)的開發(fā)與應用［J］．實驗技術(shù)與管理，2008，25(7):84-87.

［11］王新海，李偉光，許英．虛擬現(xiàn)實技術(shù)在化學實驗教學中的應用［J］．廣州化工，2014，42(13):214-215.

［12］謝煒，居頌光，葛彥，等．虛擬實驗室在免疫學實驗教學中的應用［J］．中國教育技術(shù)裝備，2011(36): 113-115.

Discussion on the Chem ical Virtual Experim ents Teaching Construction in M edical Colleges

ZHAO Hongmei，BAO Baoquan，CHEN Jianping，ZHANG Ping*
(School of Pharmaceutical Sciences，Inner Mongolia Medical University，Hohhot 010110，China)

Chemical Virtual Experiment was generated and developed rapidly according to the developmentof information technique and network.Chemical virtual experiment plays a positive role in reducing costs，breaking through time and space limit，decreasing experiment risk and stimulating student interest in learning.This paper elaborated the concept of Chemical Virtual Experiment and its theory，necessity and wariness.Taking an example ofMedical Colleges，experimental teaching has been largely improved by the combination of reality experiment and virtual experiment.

Virtual experiments;Medical colleges;Experimental teaching

2015-02-25。*通信作者:張屏，E-mail:pingzhang@vip．126．com。

2014年中國高等教育學會醫(yī)學教育專業(yè)委員會藥學教育研究會立項課題，編號201432。